Плазмохимический реактор конверсии углеводородов в электрическом разряде

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ РАЗРЯДЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Крауклис Андрей Владимирович Суворов Александр Васильевич Самцов Петр Петрович Борисевич Кирилл Олегович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Плазмохимический реактор конверсии углеводородов в электрическом разряде,включающий корпус реактора, камеру зоны разряда с размещенными в ней высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами, открытую со стороны высокопотенциального электрода, теплообменник с каналами подачи рабочих газов, отличающийся тем,что в зазоре между корпусом реактора и камерой зоны разряда помещен дисперсный термостойкий материал, а корпус реактора окружен теплоизолирующим слоем, причем на внутренней стороне теплоизолирующего слоя в области зоны разряда размещена отражающая поверхность. 2. Плазмохимический реактор по п. 1, отличающийся тем, что в зазоре между корпусом реактора и камерой зоны разряда в качестве дисперсного материала использован катализатор.(56) 1. Жданок С.А., Бородин В.И., Буяков И.Ф. и др. Исследование процесса конверсии смеси 4-2 в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления. Минский международный форум Тепломассообмен 2000. Т. 4. - С. 131-137 (прототип). Предлагаемое техническое решение относится к области химической технологии, в частности к плазмохимическим реакторам конверсии углеводородов в электрическом разряде, и может найти применение при создании компактных и эффективных установок для получения водородосодержащих газов и углеродных наноматериалов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (прототип) является реактор конверсии метана в высоковольтном разряде атмосферного давления 1. Указанный реактор включает корпус, в котором находится камера зоны разряда с размещенными в ней высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами, причем камера открыта со стороны высокопотенциального электрода. Под камерой зоны разряда расположен теплообменник с каналами подачи рабочих газов. Рабочие газы поступают в теплообменник, обеспечивающий их предварительный нагрев за счет тепла продуктов конверсии. Из теплообменника рабочие газы подаются в зазор между корпусом реактора и камерой зоны разряда, а затем со стороны высокопотенциального электрода поступают в камеру зоны разряда. Процесс конверсии углеводородов происходит в камере зоны разряда при температуре свыше 1000 С и сопровождается интенсивным тепловым излучением. Недостатком этого реактора является то, что энергия излучения зоны разряда, передающаяся через стенку камеры зоны разряда, не утилизируется и приводит к тепловой нагрузке на корпус реактора, что снижает эффективность реактора и ограничивает диапазон его рабочих параметров. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности плазмохимического реактора конверсии углеводородов в электрическом разряде и расширение диапазона его рабочих параметров. Задача решается следующим образом. Известный плазмохимический реактор конверсии углеводородов в электрическом разряде включает корпус, в котором находится камера зоны разряда с размещенными в ней высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами, открытая со стороны высокопотенциального электрода, и теплообменник с каналами подачи рабочих газов, расположенный под камерой зоны разряда. Согласно предлагаемому техническому решению, в зазоре между корпусом реактора и камерой зоны разряда помещен дисперсный термостойкий материал, а корпус реактора окружен теплоизолирующим слоем. Причем на внутренней стороне теплоизолирующего слоя в области зоны разряда размещена отражающая поверхность. Дисперсный термостойкий материал частично поглощает энергию излучения, передающуюся через стенку камеры зоны разряда, и за счет развитой поверхности теплообмена дополнительно нагревает проходящие через него рабочие газы. Кроме того, в качестве дисперсного материала использован катализатор, который позволяет начать процесс конверсии до поступления рабочих газов в камеру зоны разряда. Теплоизолирующий слой значительно снижает тепловые потери от нагретого корпуса, а отражающая поверхность препятствует рассеянию излучения из зоны разряда, не поглощенного дисперсным термостойким материалом. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность реактора и расширить диапазон его рабочих параметров. На фигуре представлен общий вид плазмохимического реактора конверсии углеводородов в электрическом разряде. Предлагаемый плазмохимический реактор конверсии углеводородов в электрическом разряде включает корпус 1, в котором находятся камера зоны разряда 2 с размещенными в ней высокопотенциальным 3 и низкопотенциальным 4 электродами, открытая со стороны 2 31252006.10.30 высокопотенциального электрода 3, и теплообменник 5 с каналами подачи рабочих газов 6, расположенный под камерой зоны разряда 2. Согласно предлагаемому техническому решению, в зазоре между корпусом реактора 1 и камерой зоны разряда 2 помещен дисперсный термостойкий материал 7, например, из шариков на основе 23, а корпус 1 окружен теплоизолирующим слоем 8, например из каолиновой ваты, с отражающей поверхностью 9, например из нержавеющей стали, на его внутренней стороне в области зоны разряда. Плазмохимический реактор работает следующим образом, низкопотенциальный электрод 4 обычно заземляется, а на высокопотенциальный электрод 3 подается потенциал,достаточный для поджига и поддержания разряда. Рабочие газы последовательно проходят через каналы 6, слой дисперсного термостойкого материала 7 и поступают в камеру зоны разряда 2. Энергия излучения разряда через стенку камеры зоны разряда 2 частично поглощается дисперсным термостойким материалом 7. Слой дисперсного термостойкого материала 7 за счет развитой поверхности теплообмена нагревает рабочие газы до температуры начала процесса конверсии углеводородов. Причем при использовании в качестве дисперсного термостойкого материала катализатора появляется возможность начать процесс конверсии до поступления рабочих газов в камеру зоны разряда. Не поглощенная часть излучения отражается от внутренней отражающей поверхности 9 теплоизолирующего слоя 8, осуществляя, таким образом, дополнительный нагрев корпуса реактора 1,дисперсного термостойкого материала 7 и рабочих газов, проходящих в нем. Теплоизолирующий слой 8, в свою очередь, не допускает рассеивание тепла от нагретого корпуса реактора 1. Затем частично разложившиеся рабочие газы попадают в камеру зоны разряда 3,где процесс конверсии завершается, и продукты конверсии через теплообменник 5 удаляются из реактора. Таким образом, предлагаемое техническое решение дает возможность за счет введения дисперсного термостойкого материала и теплоизолирующего слоя с отражающей поверхностью утилизировать энергию излучения зоны разряда, осуществить дополнительный нагрев и частичную конверсию рабочих газов перед входом в камеру зоны разряда,что позволяет расширить диапазон рабочих параметров реактора и повысить его эффективность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3